JP3627453B2 - 光学走査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学走査装置に係り、特に、レーザプリンタ等の画像形成装置に用いられる光学走査装置に関するものであり、光量調整手段を持つ光学走査装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１には、偏向器Ｐの周面に設けられた偏向面の走査方向の幅より広い幅の光ビームを偏向器Ｐに入射させる光学走査装置（以下、「オーバーフィルド（Ｏｖｅｒｆｉｌｌｅｄ）光学系」という）の要部が概略的に示されている。
【０００３】
図１において、偏向器Ｐであるポリゴンミラーの周面に設けられた偏向面の主走査方向の幅をＦａ、偏向器の各偏向面に接する内接円の直径をΦ、及び偏向面の数をｎとすると、これらの間には次式で示される関係が成り立つ。
【０００４】
Ｆａ＝ＰΦ×ｔａｎ（１８０°／ｎ） ・・・（１）
また、オーバーフィルド光学系では、ガウス強度分布の光ビームの一部を偏向面で切り取るようにして使用するため、偏向面からの反射直後の光ビームの幅Ｄ、走査角（感光体の主走査開始位置に入射される光ビームと感光体の主走査中央位置に入射される光ビームとの成す角）α、及び光ビームの偏向面への入射角（偏向面へ入射する光ビームと感光体の主走査中央位置に入射される光ビームとの成す角）βの間には次式の関係が成り立つ。
【０００５】
Ｄ＝Ｆａ×ｃｏｓ ｛（α＋β）／２｝ ・・・（２）
さらに、レンズによる明るさの度合いを表すＦナンバー、偏向器と感光体との間に配置された図示しないｆθレンズの焦点距離ｆ、及び偏向面からの反射直後の光ビームの幅Ｄの間には次式で示される関係が成り立つ。
【０００６】
Ｆナンバー＝ｆ／Ｄ ・・・（３）
なお、焦点距離ｆは、走査角αとは無関係に一定である。
【０００７】
以上（１）〜（３）式から、オーバーフィルド光学系では、Ｆナンバーは、走査角α及び偏向面への入射角βに応じて変化することが理解できる。そして、Ｆナンバーが変化した場合には、感光体上の走査位置によって光量が変化することになる。すなわち、オーバーフィルド光学系では、偏向器に入射されるガウス強度分布の光ビームの一部ずつを走査角αに対応して切り取るように用いることから、Ｆナンバーの変化をもたらし、これにより感光体上の走査方向の光量分布の一様性が低下するという不具合がある。
【０００８】
この不具合を解消した光学走査装置が、特開平６−２１４１８６号公報に開示されている。この光学走査装置では、光源と偏向器との間にフィルタを挿入し、ガウス型分布形状をこのフィルタで平坦化している。このフィルタは、図２に示すような透過率分布を持っており、フィルタ透過後の光ビームのエネルギー分布は図３に示すようになる。この光学走査装置は、オーバーフィルド光学系で、かつ光源からの光ビームが偏向器の正面（入射角β＝０°）から入射する場合についてのものである。
【０００９】
主走査の中心から主走査開始位置または主走査終了位置に向かって光量が低下する問題を解決するためには、光の損失を最小限にして必要なだけ光ビームの強度分布形状を平坦にする必要がある。この平坦化は、主走査方向のみに必要であり、主走査方向のみ透過率が変化しているフィルタによって光量を低減することで達成することができる。このようにフィルタを光源と偏向器との間に挿入することで感光体上の主走査方向の光量一様性が改善されることは知られている。
【００１０】
オーバーフィルド光学系では、感光体に結像されるビーム幅のエリアは偏向器に入射するビームの一部を切り出して使用するため、回折などの影響で波面が崩れ、結像位置でのビームプロファイルが崩れることがある。また、光学部品の精度や配置のばらつき等で、ビームのアライメント等がずれ、感光体上のビームプロファイルが崩れることがある。
【００１１】
ここで一般に、ビーム径はピーク値の１３．５％で定義されているが、波面の崩れやアライメントのずれ等でサイドローブ（メインビームの裾野から盛り上がる成分のこと）が１３．５％を越える場合も有り、この場合には要求される性能を満足できなくなる。
【００１２】
また、感光体上の光ビーム径を確保するため、偏向器に入射させる光ビームの走査方向のアライメントをずらすことがある。この時、偏向器と切り出されるビーム幅との位置関係は変わらないので、感光体上の光量バランスが崩れてしまう。つまり、ビーム径を確保するために走査内の光量バランスが崩れることがある。
【００１３】
また、オーバーフィルド光学系に限らない別の問題として、高画質を得るために、高密度な走査線や書き込みレーザの強度変調が必要とされている。この場合、レーザを変調するにあたって、レーザを駆動させる範囲が広くなり、レーザの使用範囲内での露光量調整が難しくなる。光学素子のばらつきを考えると、光学走査装置の透過率を調整することが必要となり、このような光量を調整する光学走査装置が、特開平４−２０７３５１号公報に開示されている。
【００１４】
この光学走査装置では、光源と偏向器との間の光軸上に、パルスモータによって駆動される偏向ビームスプリッターが配置されている。パルスモータ制御装置からパルスを出力してパルスモータを駆動回転すると、偏向ビームスプリッタが回転され、偏向ビームスプリッタを透過するレーザビームの強度が光学的に変化される。また、特開平４−２０７３５１号公報には、偏向ビームスプリッタの代わりに、同様の偏向素子で構成された偏向フィルタ、またはグラデーションを備えたＮＤフィルタを移動させて使用しても、同様の効果が得られることも記載されている。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術では、強度変調を行う場合、オーバーフィルド光学系でも光量調整が必要になる。このため、走査方向の光量一様性のために主走査方向にグラデーションがあるフィルタを１枚、また、光量調整のために偏向フィルタや主走査方向と直交する方向にグラデーションがあるフィルタを１枚、合計２枚のフィルタが必要になる。２枚のフィルタを使うことで光学走査装置の透過率が無駄に低下してしまう。また、２つのフィルタを使用することでコストアップにつながる、という問題がある。
【００１６】
本発明の目的は、光量調整手段を用いて、走査内の光量バランスを低コストで改善することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、光源と感光体との間に配置されると共に、光源からの光ビームを主走査するための複数の偏向面を周面に有し、光源からの光ビームを偏向面の走査方向の幅より広い範囲に受けて感光体上に走査させる偏向器を含んで構成された光学走査装置であって、前記光源と前記偏向器との間に感光体への露光量を調節する光量調節手段として、グラデーションを備えたＮＤフィルタを配置し、前記ＮＤフィルタはグラデーション方向が副走査方向になるように配置した状態で前記副走査方向に移動可能でかつフィルタ面を含む平面内で回転可能にしたことを特徴とする。
【００１８】
本発明では、光源を強度変調することができ、またグラデーションを円弧状に広がるように構成することもできる。
また、ＮＤフィルタを光軸に対して傾けた状態で配置することことができる。
【００１９】
本発明によれば、オーバーフィルド光学系において、グラデーションの方向が副走査方向になるように、光源と偏向器の間にグラデーションを備えたＮＤフィルタを配置し、このＮＤフィルタを副走査方向に移動させることで、光学走査装置の透過率を変更することができる。また、グラデーションを備えたＮＤフィルタをフィルタ面を含む平面内で回転させること、すなわち略光軸を中心として回転移動させることで、感光体上の走査内の光量バランスを改善することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図４〜図１０を参照して、本発明の実施の形態の光学走査装置を説明する。図４は、本発明の実施の形態の光学走査装置の要部断面図であり、図５はその平面図である。
【００２１】
光学走査装置には、光源１０が設けられている。光源１０としては、発光点を２つ持つマルチレーザダイオードで構成されたレーザダイオードアッセンブリが使用されている。光源１０のビーム射出側には、光源１０から射出したビームを略平行ビームにするコリメータレンズ１２、ビーム成形用のスリット１４が順に配置されている。スリット１４は、コリメータレンズ１２から射出した２つのビームの主光線が光軸上で交わる位置に配置されている。
【００２２】
スリット１４の直後には、グラデーションの方向が副走査方向になるように、グラデーションを備えたＮＤフィルタ１６が配置されている。このグラデーションを備えたＮＤフィルタ１６は矩形状であり、ＮＤフィルタに金属を蒸着する等によって、図６に示すように、一方の辺に沿う方向（図では主走査方向）に透過率が一定で、かつこの辺に直交する方向（図では上下方向、すなわち副走査方向）に透過率が徐々に変化するように構成されている。図７にグラデーションを備えたＮＤフィルタ１６の上下方向の距離、すなわち副走査方向の距離に対する透過率を示す。この透過率は、ＮＤフィルタ１６の下辺から上辺方向に向かって連続して大きくなるように変化している。このグラデーションを備えたＮＤフィルタフィルタ１６は、上下方向に透過率が変化しているので、グラデーションを備えたＮＤフィルタフィルタ１６を上下方向に移動させることでビームに対する透過率を調整することができる。
【００２３】
また、光源１０からのビームがＮＤフィルタ１６で反射され、戻り光として光源１０に入射しないように、ＮＤフィルタ１６は光軸に対して傾けた状態で配置されている。本実施の形態では、ＮＤフィルタ１６を傾ける方向は光軸対して主走査方向と直交する方向である。
【００２４】
上記光学走査装置では、光源に２つの発光点を持たせ、感光体上で２ライン同時に走査させるため、感光体上の副走査方向の２ビーム間隔を適切に設定する必要がある。このため、ビーム間隔調整のための凹平の球面レンズ１８をＮＤフィルタ１６の直後に配置して偏向器３０の偏向面に入射するビームが隣接する複数の偏向面に跨がって照射されるようにビーム幅を拡げている。本実施の形態では、感光体上の２ビーム間隔は４２．３μｍである。
【００２５】
また、球面レンズ１８から射出したビームを偏向器３０の偏向面上で副走査方向に略結像させるために、副走査方向のみに曲率、すなわちパワーを有するシリンダーレンズ２０が球面レンズ１８の直後に配置されている。
【００２６】
シリンダーレンズ２０のビーム射出側には、第１の折返ミラー２２、第２の折返ミラー２４、第３の折返ミラー２６が順に配置され、光路を折り返している。第３の折り返しミラー２６から反射したビームはｆθレンズ２８に入射される。球面レンズ１８で発散されたビームは、ｆθレンズ２８で略平行光にされ、偏向器３０で偏向される。偏向器３０は内径２８ｍｍで偏向面を１２面持つポリゴンミラーで構成されている。ポリゴンミラーを小径化することでモータの負荷を低減し、振動や発熱を防いでいる。
【００２７】
偏向器３０で反射されたビームは、ｆθレンズ２８に再び入射され、ｆθレンズ２８により感光体上で主走査方向の走査速度を一定にし、感光体近傍で主走査方向にビームが収束、すなわち結像するようにしている。
【００２８】
偏向器３０で偏向されたビームは、第３の折返ミラー２６と第４の折返ミラー３２で折り返し、副走査方向にのみ曲率、すなわちパワーを持つシリンダーミラー３４を配置し、副走査方向のビームを感光体上近傍で収束、すなわち結像するようにしている。
【００２９】
図８に本実施の形態の光学走査装置のコリメータレンズ１２から射出された後の主走査方向のエネルギー分布を示す。光源から発散するように射出されたビームの主走査方向の両端部はコリメータレンズ１２を保持する鏡筒でビーム端がけられているが、強度分布は略ガウス分布になっている。
【００３０】
オーバーフィルド光学系では走査に使用するビームを偏向面で切り出すため、切り出しに使われるビームのエリアを図８を参照して説明する。コリメータレンズから射出された後のビーム幅は約５．４ｍｍであり、偏向面で切り出されるビーム幅はコリメータレンズ直後では約２．４ｍｍになっている。このビーム幅は偏向面の走査角に依存するが１２面のポリゴンミラーでは、主走査内でのＦナンバーにあまり影響されない。しかし、偏向器に入射するビーム幅の位置は変わらないが、偏向面で切り出されるビーム幅の位置は変化して行き、主走査中央位置（以下、ＣＯＳと記述する）ではコリメータレンズ後のエネルギーがピーク付近のビーム幅中央の約２．４ｍｍ幅を使用している。主走査開始位置（以下ＳＯＳと記述する）近傍での、切り出されるビーム幅の位置はコリメータレンズ後で約１ｍｍ変わる。主走査終了位置（以下、ＥＯＳと記述する）近傍も同様に、コリメータレンズ後のビーム幅の切り出す位置はエネルギーのピーク付近から１ｍｍ外れたところを使っている。また、偏向面で切り出されるビーム幅の位置は連続的に変化している。
【００３１】
この図から理解されるように、感光体上の主走査方向の光量バランスはＳＯＳとＥＯＳはＣＯＳを対称にして低くなっている。光量バランスは、光学部品の位置を調整して、ポリゴンミラーに入射するビーム幅のアライメントを動かすことで調整できる。
【００３２】
図９に基づいてＮＤフィルタを回転する方向を説明する。まず、ＮＤフィルタ１６に入射するビームのエネルギー分布がＥＯＳ側にピークを持ち、ＳＯＳ側ではエネルギーが低下している場合について説明する。感光体上のビームプロファイルを満足するように光学部品を組立て、光量バランスがＥＯＳが高くなった時に、図９のようにＮＤフィルタを略光軸を中心にＮＤフィルタを含む平面ないでＡ方向に回転させれば、感光体のＥＯＳ側に入射するビームがＮＤフィルタ１６の低透過率部分を通過するので、所望の平坦化した光量バランスを得ることができる。
【００３３】
また、逆に感光体上の光量バランスでＳＯＳの光量が高い時は、感光体のＳＯＳ側に入射するビームがＮＤフィルタ１６の低透過率部分を通過するように、ＮＳフィルタを略光軸を中心にＢ方向に回転させれば良い。
【００３４】
上記ではＮＤフィルタ１６のグラデーションが主走査方向に一定の場合について説明したが、ＮＤフィルタ１６のグラデーションは主走査方向に透過率が変化しても良く、図１０に示すように、フィルタ内の同一透過率の分布が円弧を描くようにグラデーションを形成し、グラデーションが円弧状に広がるように構成してもよい。フィルタ内の同一透過率の分布が円弧を描くようにした場合には、フィルタの下辺より上辺に向かって透過率が高くなるようにする。
【００３５】
オーバーフィルド光学系では、ＣＯＳの光量よりＳＯＳ及びＥＯＳの光量が低下してしまうが、グラデーションで透過率が円弧状に描かれているＮＤフィルタを使用することで、主走査内の光量を均一にすることができる。このようなグラデーションで透過率が円弧状に描かれているＮＤフィルタを使用するときでも、回転調整で感光体上の光量バランスを調整することができる。
【００３６】
上記実施の形態では、偏向器の略正面からビームを入射する例について説明したが、斜め入射（入射角β≠０°）でもＮＤフィルタを回転することで同様の効果を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、グラデーションを備えたＮＤフィルタを直線移動及び回転移動することで、光学性能を損なわずに感光体上の光量バランスを低コストで改善できる、という効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】オーバーフィルド光学系の概略図である。
【図２】従来のフィルタの透過率分布を示す線図である。
【図３】図２の特性のフィルタを透過した後の光量出力の分布を示す線図である。
【図４】本実施の形態の断面概略図である。
【図５】本実施の形態の平面概略図である。
【図６】グラデーションを備えたＮＤフィルタの平面図である。
【図７】グラデーションを備えたＮＤフィルタの透過率分布を示す線図である。
【図８】コリメータレンズを透過した後のビームプロファイルを示す線図である。
【図９】ＮＤフィルタの回転方向を説明するための図である。
【図１０】ＮＤフィルタの他の例を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ 光源１０
１２ コリメータレンズ
１４ スリット
１６ グラデーションを備えたＮＤフィルタ
３０ 偏向器

Claims (4)

1. 光源と感光体との間に配置されると共に、光源からの光ビームを主走査するための複数の偏向面を周面に有し、光源からの光ビームを偏向面の主走査方向の幅より広い範囲に受けて感光体上に走査させる偏向器を含んで構成された光学走査装置であって、
   前記光源と前記偏向器との間に感光体への露光量を調節する光量調節手段として、グラデーションを備えたＮＤフィルタを配置し、前記ＮＤフィルタはグラデーション方向が副走査方向になるように配置した状態で前記副走査方向に移動可能でかつフィルタ面を含む平面内で回転可能にしたことを特徴とする光学走査装置。
2. 前記光源を強度変調することを特徴とする請求項１に記載の光学走査装置。
3. 前記グラデーションが円弧状に広がるように構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の光学走査装置。
4. 前記ＮＤフィルタを光軸に対して傾けた状態で配置したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光学走査装置。

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